建环专业城镇燃气管网系统毕业设计全新精选.docx

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建环专业城镇燃气管网系统毕业设计全新精选

某某大学

毕业设计（论文）

题目：

某某城市燃气输配系统设计

学生姓名：

学号：

学部（系）:

城市建设工程学部

专业年级：

建筑环境与设备工程

指导教师：

职称或学位：

年月日

摘要

由于煤炭的大量使用，造成大气严重污染，能源结构的落后，已成为我国经济发展的主要障碍。

为保护环境、减少污染、提高居民生活质量，近年来，天然气已逐渐成为城镇燃气的重要气源。

本规划是对崇阳县的天城区进行城镇燃气输配系统的设计，力求打造武汉城市圈具有竞争活力和潜力的节点城市。

天城是崇阳县的中心城市，目前实际居住人口约13.5万人，建成区面积为13.9平方公里。

规划2020年实际居住人口19万人，建成区面积19.5平方公里，人均城镇建设用地103平方米。

逐步由煤、柴为燃料转为燃气，天城区近期主要使用CNG供气站和CNG供气瓶组，远期采用长输管线。

关键字：

污染；环保；天然气；燃气管网；城区规划

Abstract

Becauseofthewideuseofcoal,theatmospherecausedbyseriouspollution,energystructureofthebackward,andhasbecomethemainobstacletoeconomicdevelopmentinourcountry.Toprotecttheenvironment,reducepollutionandimprovethequalityoflife,inrecentyears,naturalgashasbecomeanimportantsourceofurbangas.

ThisistheplanningofChongYangXiancitytowngastransmissionanddistributionsystemdesign,whichmakeseveryefforttomakethewuhancitycirclecompetitionhasthevigorandthepotential.ItisthecenteroftheChongYangcity,whichatpresenthastheactualpopulationofabout135000peopleandthebuilt-upareaof13.9squarekilometers.Planning2020liveactuallypopulation190000people,theareais19.5squarekilometers,percapitatownconstructionlandof103squaremeters.Graduallybycoal,woodforfuelintogas,thecitymainlyusesCNGgassupplystationrecentandCNGgassupplybottlesofgroup,theforwardusesalongdistance.

Keywords:

Pollution;environmentalprotection;naturalgas;gaspipelineandurbanplanning

AbstractII

3.3.2混合气体的平均密度和相对密度11

第五章燃气输配系统的供需平衡24

第九章CNG供气站62

11.5调压器的选型72

第一章绪论

1.1城市燃气的重要性

煤炭消费在我国能源结构中仍占70%以上，由于煤炭的大量使用，造成大气严重污染；能源结构的落后，已成为我国经济发展的主要障碍。

为保护环境、减少污染、提高居民生活质量，现在必须对能源结构加以改善和优化，为此，国家正在加快开发和利用天然气的步伐，实施“西气东输”及“俄气南供”建设全国天然气管网，为各地输送天然气以保证我国国民经济的快速发展。

天然气是一种含碳低的烷烃混合物，发热值高，经分离和脱硫后，已基本不含硫化物等其它有害杂质，所以天然气作为燃料与油相比，它是一种优质高效洁净的能源，被誉为“绿色能源”。

城市燃气是城市建设的重要基础设施之一，也是城市能源供应中一个重要组成部分，它为城市工业、商业和居民生活提供优质气体燃料。

城市燃气由气源、输配和应用三部分组成。

气源是指以煤或油为原料制取得人工煤气、液化石油气、天然气、矿井瓦斯等，服务对象主要是居民生活、商业和少量工业用户。

1.2中国天然气产业的现状

目前中国的天然气产量仅303.4亿立方米，在中国能源生产中的比例不足10%，与世界相比具有很大的差距，随着中国经济的高速发展，对清洁能源的需求不断增大，天然气存在巨大的发展空间，天然气勘探、开发、运输、销售等产业发展前景十分广阔。

中国天然气储量在世界天然气总量中不足2%，天然气产量在世界排第十五位。

中西部地区天然气全面开发，天然气管网布局逐渐形成：

目前，选甘宁及新疆、青海等地区天然气运用程度低，随天然气东输管线的建成，将全面投入开发。

考虑中国天然气资源相对稀缺，天然气资源分布区和主要消费市场距离远，加之距离输气管道及天然气利用基础设施耗资巨大，未来中国天然气管网布局可能形成以产地为中心，向华北、东北、长三角洲、珠江三角洲辐射格局。

同时，随着从俄罗斯、土库曼斯塔等国家修建从西北和东北分别入境的跨国长距离输气管道引进天然气，将基本满足经济发达地区大的天然气需求。

引进利用国际天然气资源是二十一世纪我国发展外向型能源经济的重点，是我国二十一世纪重大的能源战略。

初步的蓝图是长江以南沿海地区进口液化天然气，长江以北地区进口俄罗斯和中亚地区的天然气，进口俄罗斯和中亚地区的天然气都是通过长输管道进我国的。

1.3城市燃气设计与规划的原则和任务

1.3.1城市燃气设计与规划的目的

城市燃气是现代化城市人民生活和工业生产的一种主要能源。

发展城市燃气可以节约能源，减轻城市污染，提高人民生活水平，促进工业生产，提高产品质量，社会综合经济效益显著。

发展城市燃气，是建设现代化城市不可少的条件，对加速实现高度物质文明和精神文明的现代化城市具有重要的意义。

城市燃气输配系统的绝大部分工程量，属于城市地下基础工程，建成后不宜破路扩建或改建。

因此，城市新建燃气输配工程，首先必须在城市总体规划编制原则指导下，编制城市燃气输配系统长期规划，在已有供气设施的基础上，补充编制城市燃气输配系统计划，以有利于改建和扩建的设计和建设的进行。

1.3.2城市燃气设计与规划的原则

编制城市配气工程教案设项目规划时，主要遵循以下原则：

1）城市配气系统总体规划应以城市建设和发展总体规划为基础，并遵循当地总体规划编制原则。

2）城市配气系统规划的供气规模，应以气源能力、城市能源结构和以天然气作为化工原料的工业发展规划为依据。

3）主要供气对象和各类用户供气量的分配比例应根据天然气气源能力确定。

4）应综合考虑近期、远期气源情况，规划地下管网主干管机器输送能力。

5）地下管网主干管道走向规划，应符合城市建设长远规划要求；在管道可用期限内，应尽量避开挖道路、修建房屋后其他市政设施的地段，以免造成管道的改建或重建等。

6）配气系统的街区、庭院管网和地上设施等应远近期结合，并以近期规划为主。

7）输配系统的近期规划期限为批准规划实施起的5-10年；长期规划为20年，与城市总体规划期限一致。

城市总体规划由当地政府负责制定，其中城市燃气规划（包括气源规划和输配系统规划），应由城市规划设计机构和燃气专业设计单位协调编制。

1.3.3城市燃气设计与规划的内容

1）近期、远期供气能力和规模论证。

2）近期、远期有合适供应资源的制气工艺方案的选择和论证。

3）近期、远期气源规模、工艺流程简述、投资、技术经济论证。

4）供气对象、各类用户用气比例关系，居民用气户普及率及用气量标准。

5）输配系统，长期与近期各类方案的技术经济比较。

6）调节用气不平衡设施方案的技术经济比较。

7）地下输气干管与其他地下管道走向，布线的协调。

8）输气管线穿、跨、越各种工程建设，如道桥、河流、铁路以及其他障碍物位置的确定。

9）输配系统地面设施与配套设施的控制性规划设计。

10）输配系统规划实施的分期及年限，各阶段的建设投资、主要设备及主要管材数量、劳动定员以及征用土地面积等。

11）规划经济效益与社会效益的分析。

1.3.4城市燃气设计与规划的任务

1）根据党与国家的有关方针政策，上级主管部门的指标，国家燃料——动力资源的平衡情况，确定城市燃气的气化途径和供气方式。

2）根据需要和可能，确定城市燃气供气规模，主要供气对象和供气范围。

计算各类用户用气量及总用气量；选择经济合理的输配系统和调峰方式。

3）估算规划期内所需建设投资、主要原材料。

4）提出分期实现城市燃气规模的步骤和实施方案。

5）提出采用新技术、新工艺的研究项目和新设备、新材料的试制任务。

第二章崇阳县城镇概况

2.1城镇发展总体战略

进一步强化县域中心城市天城；重点发展白霓、沙坪、青山等重点城镇；扶持东南部山区金塘等集镇发展；强化内涵发展，提高城镇质量和城镇化水平。

2.2县域城镇体系结构

1）打造武汉城市圈具有竞争活力和潜力的节点城市，形成规模等级有序、职能分工合理的城镇体系，优化城乡统筹发展的空间格局，塑造生态协调、延续历史文脉的区域空间。

2）规划至2015年，全县总人口50万，城镇化率42％；至2020年，全县总人口55万，城镇化率52％。

崇阳县人口与城镇化预测一览表

类别

2010年

2015年

2020年

总人口（万）

46.7

50

55

城镇化率

37.2％

42％

52％

城镇人口（万）

17.4

21.0

28.6

3）规划形成1个中心城市、3个重点镇、4个一般镇三级城镇体系：

县域城镇等级规模一览表

等级

城镇名称

城镇人口（万人）

近期（2015年）

远期（2020年）

中心城市

天城地区

10万（实际13.5万）

15（实际19万）

重点镇

白霓

1

3

青山

1

2

沙坪

1

2

一般镇

石城

2.5

6

路口

桂花泉

金塘

集镇

港口、铜钟、肖岭、高枧、金沙、雨山、大源、大泉

实际居住人口0.5万

实际居住人口0.8万

4）规划沿县域中部隽水河沿线的平原地带，以106国道和杭瑞高速公路为主轴，以崇青公路和崇赵公路为次轴，形成县域向东、南、西南、西部的发展轴，形成“一核三轴五片”的空间布局结构。

2.3县域生态环境保护

1）实行土地用途管制，严格控制建设占用耕地，统筹安排各行业用地，促进土地利用形式的根本性改变，提高土地集约利用水平。

大力开展植树造林，治理水土流失，提高农田林网化标准。

加强农田水利基本建设，科学施肥，合理使用农药、地膜，改善农业生态系统环境。

2）全面推行污染物排放总量控制，所有新工业污染源均不得新增排污量。

搞好城区环境功能区划和污染控制区建设等环保规划；提高工业重复用水率，加快建设污水处理厂；提高工业固体废弃物综合利用率，建设生活垃圾处理设施。

结合小城镇建设，加强对乡镇企业的环境保护。

推广节能技术，开发替代能源，改善乡村环境卫生状况。

2.4县域交通及基础设施规划

1）规划至2020年，县域公路网密度达到60公里/百平方公里，其中干线公路等级达到二级以上。

崇阳县域公路网由国道主干线、国道、省道、县道和乡村道路组成。

2）国道主干线为杭瑞（杭州～瑞丽）高速公路，在106国道以南设置崇阳互通立交，并由联络线联系京珠、杭瑞高速公路，联络线规划为一级公路。

国道为106国道，规划提升106国道等级，改造为一级公路。

省道为横路公路、白界公路、崇赵公路及京珠联络线等道路，规划将省道改造提升为二级公路。

国道、省道共同承担崇阳至全国及周边县市的快速对外交通功能。

县域公路干线为联系各乡镇的公路，主要承担县域内各乡镇、产业发展区、风景区的交通联系，同时起到省道连通道的功能。

规划改善县道交通条件，提高县道公路等级，强化乡镇之间交通联系。

乡村道路主要服务于村镇之间的交通联系。

规划村镇道路覆盖全县所有中心村，基本实现乡村道路等级化。

3）县域基础设施规划：

（1）电力

鹿门变新增120兆伏安主变一台；新建崇阳变－通山变220千伏输电线路，实现220KV鹿门变双电源双主变供电。

将现有崇隽线（通城220千伏建成后将停用）改接进石城变，石城变实现双电源供电。

新建35千伏青山变－金塘变输电线路，形成白霓－港口－金塘－青山－白霓35千伏环网，新增肖岭、金沙35千伏变电站。

（2）通信、邮政

传输网路组织要对近、中、远各阶段的网络结构统一考虑，远近衔接，近期的网络要适用中远期的发展和需求。

SDH传输网的容量不仅满足电话网容量需求，还应考虑除话音外的各种新业务的容量需求，为未来发展留有充分余量。

新建邮政支局10座，邮政所15座。

（3）燃气

逐步由煤、柴为燃料转为燃气，天城镇近期主要使用压缩天然气，远期根据国家天然气供给政策及经济比较，确定燃气气源的选择，如有可能可逐步转为使用天然气，气源由咸宁方向供给。

2.5县域社会设施规划

1）文化设施

进一步完善天城城区图书馆、博物馆，新建科技馆，在白霓、青山、沙坪三个重点镇各建设一座科普文化站，原则上每一个建制镇应有配置一处文化馆或图书馆。

2）教育设施

完善全县各类教学设施，逐步改造现有的3所普通高中及职业高中，完善学校的教学、住宿条件，扩大学校的学生容量。

在三个重点镇各新建一所高级中学或职业高中。

随着规划期内县域人口自然增长率的下降，要逐步减少乡村地区的小学数量，按照服务半径调整小学布局。

同时，规划期内城镇人口机械增长率较高，应提高对外来人员子女教育问题的重视。

3）医疗卫生设施

规划期内城区医院个数不需另增，各级城镇相应配设医疗卫生设施，建立完善的服务体系，强化妇幼保健、卫生管理等职能，重点完善白霓、青山、沙坪等3所中心卫生院，增强对周边地区的服务功能。

4）体育设施

划在城区建设标准田径场、游泳池、室内训练房各一座，可集中建设，形成全县的体育中心；每个重点镇建设体育场馆一座。

5）福利设施

规划在城区及建制镇逐步建设老年服务中心，配设老年公寓，并完善现有福利院；规划在一般集镇设置中心福利院或“老年之家”。

改善中心村敬老院，完善供养条件，提高供养水平，逐步淘汰规模小、质量差的村办福利院。

6）殡葬设施

适当扩大县殡仪馆规模，在各镇利用荒岗地设置公共墓地。

2.6城市性质与规模

1）天城的城市性质：

崇阳县政治、经济、文化中心，武汉城市圈南部生态旅游板块重要的综合服务中心，以发展加工业和旅游服务业为主，具有鄂南山地水乡风貌特色的现代化小城市。

2）城市建设目标：

加快城市现代化建设进程，完善城市公共服务设施体系和交通网络，全面提高人民居住水平，形成现代化的宜居城市；优化城市空间布局，支持城南工业区的建设，加大招商引资力度，依托本地特色资源发展先进制造业，形成特色工业城市。

继承和发扬自然、历史特色风貌，积极开发温泉、观光农业的旅游，形成独具特色的旅游服务城市。

3）城市发展规模：

至2015年，天城建成区实际居住人口约为13.5万人，建成区面积为13.9平方公里；至2020年建成区实际居住人口约为19万人，建成区面积19.5平方公里，人均城镇建设用地103平方米。

第三章气源方案和燃气物理、化学性质的确定

3.1几种燃料的比较

1）煤炭和石油

目前使用最多的燃料是煤和石油，据统计，全部人工排放的SOx和NOx总量中，煤和石油占全部人工排放量的79%，燃煤产生的SOx占80%，NOx占31%，占全部燃料SOx和NOx排放量的58%，起造成的环境污染已对社会的可持续发展造成极大的影响。

2）天然气

天然气是烷属烃（CnH2n+2）的混合物，甲烷（CH4）含量一般为90%左右，其热值大于31.4MJ/m3。

用天然气代替煤做燃料，将大大减少大气污染，减少二氧化硫（SOx）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物，烟尘，炉灰的排放，改善生活环境。

3）液化石油气

液化石油气是一种低碳数的烃类混合物，其低热值约为45.1—45.9MJ/KG（液态）87.8108.7MJ/m3（气态），也是很好的民用燃料。

4）天然气与液化气的经济比较

天然气与液化气的经济比较

燃料种类

数量

费用

相似燃料

瓶装液化气

15Kg

80—85元

17.65—18

天然气

管输天然气

17.65—18

39.5—40.5元

15Kg液化气

从上表可以知道使用天然气是很经济的。

5）天然气与液化气的使用安全性比较

天然气

液化气

相对密度

0.58~0.62（相对空气）

1.5（相对空气），0.5~0.6（相对水）

着火温度

540

450

自燃点

650

493

爆炸浓度

5~15%

1.5~9.5%

从以上数据可知天然气比空气轻，少量泄露进入大气时容易扩散，不容易形成爆炸性混合物，使用相对安全。

液化石油气在常温常压下呈气体状态，液化气比空气重，泄露进入大气时容易在低洼处或空气流动差的地方集聚，形成爆炸性混合物。

其火灾、爆炸危险性大大高于天然气。

所以，使用天然气比液化气安全。

3.2崇阳县气源方案确定

天城镇近期主要使用CNG加气站和CNG供气瓶组；远期采用长输管线，燃气气源主要来自与武汉市仅60km之隔的咸宁市

忠县天然气组分

燃气成分

分子量（M）

密度（kg/Nm3）

相对密度（s）

高发热值（kJ/Nm3）

高发热值（kJ/Nm3）

容积成分（%）

甲烷

16.0430

0.7174

0.9748

39.842

35.902

97.03

乙烷

30.07

1.3553

1.048

70.351

64.397

0.713

水蒸气

18.0154

0.833

0.6442

0.004

二氧化碳

44.0098

1.9971

1.5289

1.227

氮气

28.0134

1.2504

0.9671

0.969

硫化氢

34.076

1.5363

1.1882

25.348

23.368

0.0057

气源成分如下

3.3气源成分

3.3.1混合气体的平均分子量（M）

按公式计算

式中

—混合气体的平均分子量

—各单一气体容积成分（%）

—各单一气体的分子量

（y1M1+y2M2+……+ynMn）

（97.03×16.043+0.713×30.07+0.004×18.0154+1.227×44.0098+0.969×28.0134+0.057×34.076）

16.613

3.3.2混合气体的平均密度和相对密度

3.3.2.1混合气体的平均密度

按公式计算

式中

—混合气体的平均分子密度

—各单一气体容积成分（%）

—各单一气体的密度

=

（97.03×0.7174+0.713×1.3553+0.004×0.833+1.227×1.9971+0.969×1.2504+0.057×1.5363）

=0.7433（kg/Nm3）

3.3.2.2混合气体的相对密度

按公式计算

式中

—相对空气密度

—混合气体的平均分子密度

为标准状态下空气的密度

=0.575

3.3.3混合气体的运动粘度

混合气体的运动粘度可以近似的按此式计算：

式中

—为各组成分的质量组分

—为相应各组分在

时的动力粘度

按公式计算

97.03×16.043+0.713×30.07+0.004×18.0154+1.227×44.0098+0.969×28.0134+0.057×34.076

=1661.3

按换算公式，各组分的质量成分为

CH4

gC2H6

gH2O

gCO2

gN2

gH2S

由表1-2、表1-3查得各组分的动力粘度，代入下式

=10.520

10-6（Pa.s）

3.3.4混合气体的运动粘度

）

（

s

m

v

/

10

35

.

14

733

.

0

10

520

.

10

2

6

6

-

-

⨯

=

⨯

=

=

ρ

μ

3.3.5混合物的低热值

按公式计算

式中

—混合物气体的平均低热值

—各单一气体的容积成分（%）

—各单一气体的低热值

Hl

=35.308（MJ/m3）

3.3.6混合物的高热值

按公式计算

式中

—混合物气体的平均高热值

—各单一气体的容积成分（%）

—各单一气体的高热值

Hh

=39.175（MJ/m3）

3.3.7混合物的爆炸极限

利用下式估算含惰性气体的燃气的爆炸极限：

L=LC

式中Lc---不含惰性气体的爆炸极限，%；

B---惰性气体的容积分数。

由于式中未考虑不同类型的惰性气体对可燃气体爆炸极限的惰化作用不同，计算误差较大。

若将惰性气体都视为N2气，则计算结果会偏保守，因而在工程中有其应用。

不含惰性气体的爆炸极限时，重新调整混合气体的容积成分：

yCH4=

yC2H6=

yH2S=

查《燃气输配》表1-2得CH4的爆炸极限5.0%～15.0%，C2H6的爆炸极限2.9%～13.0%，H2S的爆炸极限4.3%～45.5%。

LCl=

=5.09%

LCh=

=15.33%

B=（0.004+1.227+0.969）%=2.2%

故天然气的爆炸下限和爆炸上限分别为：

Ll=5.09

=5.20%

Lh=15.33

=15.62%

3.3.8华白指数

W=

=51.662（MJ/m3）

—燃气的华白数（MJ/m3）

—燃气的高热值（MJ/m3）

—燃气的相对密度

第四章城镇燃气负荷计算

在进行城市燃气输配系统和小区燃气供应系统的设计时，首先要确定的是该城市或该小区的燃气需用量即燃气用气负荷，通常称为燃气用气量。

用气负荷得计算与用户的类型、数量、用气特点和相关用气量指标有关。

4.1燃气用户

4.1.1燃气用气量类型

1）居民生活用气；

2）商业用气；

3）工业企业用生产用气；

4）建筑物采暖用气；

5）燃气汽车用气；

6）未预见量。

4.1.2燃气供应原则

燃气供气原则也是我国燃气供气总方针和策略。

燃气时优质能源和优质燃料，无论是从长输管线来的天然气还是从煤气制造厂出来的人工气，都是来之不易的有限能源，应该力求经济、合理、高效地发挥其效能。

燃气的供气原则是一项与许多重大设计原则有关联的复杂问题，它不仅涉及国家的能源政策，而且和当地具体情况、条件等密切有关。

例如，从我国已有燃气供应的城市来看，在供给工业和民用气的比例上就有很大的不同，工业和民用用气的比例是受